Detektory światła

Detektory

fotonowe,

fotopowielacze

fotodiody

Detektor

• urządzenie umożliwiające

wykrywanie promieniowania
elektromagnetycznego

• wykorzystuje zamianę energii

promieniowania
elektromagnetycznego na sygnał
elektryczny.

Światło

• Światło = światło widzialne +sąsiednie

zakresy ( ultrafiolet i podczerwień )

• zakres fal elektromagnetycznych - od 10

nm do 1 mm

• światło jest jednocześnie falą

elektromagnetyczną oraz strumieniem
cząstek nazywanych fotonami

• prędkość światła oznaczana jako c wynosi

299 792 458 m/s

Parametry fotodetektorów

• Czułość R(λ,f)

• Jest to napięcie lub prąd wywołany

danym strumieniem promieniowania.

Parametry fotodetektorów

• Prąd ciemny it
(Relacja Richardsona – Dushmana)

• gdzie: a – stała charakterystyczna dla mat.

fotokatody, A – pole fotokatody,

• φ – praca wyjścia, T – temperatura.

Parametry fotodetektorów

• Stała czasowa

• ω−3dB - jest częstością kołową przy

której czułość spada o 3dB względem
czułości bez modulacji.

Parametry fotodetektorów

• Charakterystyka częstotliwościowa

• gdzie: Ro - czułość dla

niezmodulowanego sygnału,

• т - stałą czasowa odpowiedzi detektora.

Parametry fotodetektorów

• Stosunek sygnału do szumu

(SNR)

• Moc równoważna szumom NEP

Parametry fotodetektorów

• Zdolność detekcyjna D

(wykrywalność)

• gdzie: A – powierzchnia detektora,
• Δf – szerokość pasma.
• Jednostka: Jons=m*HZ1/2.

Parametry fotodetektorów

• Dynamika
Jest to maksymalny zakres zmian

natężenia promieniowania, dla
którego odpowiedź jest liniowa.
Wyrażana jest w dB.

• Wydajność kwantowa η

Detektory światła

• Fotodetektory Wykorzystują

następujące zjawiska fizyczne:

• fotoemisja (zjawisko fotoelektryczne

zewnętrzne),

• fotoprzewodnictwo (zjawisko

fotoelektryczne wewnętrzne),

• efekt fotowoltaiczny

Detektory światła

• zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne:

-fotokomórki
-fotopowielacze

• zjawisko fotoelektryczne

wewnętrzne:
- fotorezystory
-fotodiody
-fototranzystory
-fototyrystory

Procesy fizyczne:

- Wytworzenie nośników

ładunku

- Transport nośników

przez obszar
półprzewodnika, do
kontaktów metalowych
łączących ten
półprzewodnik z
zewnętrznym obwodem
elektrycznym

- Oddziaływanie fotoprądu

z tym obwodem

Idealny fotodetektor

• słabo domieszkowany

obszar aktywny, w którym
absorbowane
jest promieniowanie

• kontakty elektryczne do

obszaru aktywnego, które
zbieraja sygnał
nie stanowiac jednoczesnie
zródła pradu ciemnego

• powierzchnia obszaru

aktywnego izolowana od
otoczenia

• tylna powierzchnia

antyrefleksyjna

Detektory fotonowe

Fotorezystor

• zmiana opornosci półprzewodnika pod

wpływem

padajacego promieniowania
• zakres widmowy zalezy od półprzewodnika,

głównie podczerwien

• niska cena
• prosta konstrukcja
• wzmocnienie
• długi czas odpowiedzi, ułamek sekundy

Fotorezystor

Parametry techniczne

• Temperatura detektora
• Powierzchnia aktywnego obszaru
• Parametry elektryczne związane z

punktrm pracy

• Czułość detektora
• Stała czasowa

Typy wzbudzeń

• absorpcja samoistna:

energia fotonu musi byc
wieksza niz przerwa
energetyczna półprzewodnika

• absorpcja domieszkowa:

energia fotonu musi byc
wieksza niz energia
jonizacji domieszek Ei
(donorów lub akceptorów)

• absorpcja na swobodnych

nosnikach: wzrost energii
nosników w
pasmie, wzrost fotopradu
wynika ze wzrostu ruchliwosci
nosników

Fotodioda

Fotodioda pin

Fotodioda lawinowa

Fotodioda

• Tryby pracy
• Brak polaryzacji - dioda pracuje

jako źródło prądu elektrycznego

• przy polaryzacji zaporowej - do

diody podłączone jest napięcie
w kierunku zaporowym, dioda
pełni rolę rezystora którego
opór zależy od oświetlenia

• Zastosowania
• przy braku polaryzacji - bateria

słoneczna

• przy polaryzacji zaporowej -

nieliniowy rezystor, w którym
opór zależy od strumienia
światła.

Fotokomórka

Fotopowielacz

Fotopowielacz

Dziękuję

za uwagę

Bibliografia

• „ Badanie detektorów promieniowania

optycznego” – instrukcja, Politechnika
Łódzka

• „Detekcja swiatła” - Sebastian Mackowski
• „Detektory światła” - Kamil Barczak 2008
• http://users.uj.edu.pl/~ufpostaw/2_Praco

wnia/S2/fotopowielacz.htm

• http://pl.wikipedia.org/wiki